韋 東，賀利樂

(西安建筑科技大學(xué) 機電工程學(xué)院，陜西 西安 710055)

建筑施工裝備的安全性、結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性以及工作的可靠性等問題愈發(fā)被重視，近年來由于附著式升降腳手腳所引發(fā)的安全事故已引起國內(nèi)外科研結(jié)構(gòu)及施工單位廣泛關(guān)注的焦點之一。這對附著式升降腳手架在工作過程中的強度、剛度、穩(wěn)定性以及精度的保持性等提出了更高的要求。腳手架在運行過程中一旦發(fā)生事故，輕則引起系統(tǒng)整體不運行，重則造成坍塌，造成生命財產(chǎn)安全。開展附著式升降腳手架的力學(xué)性能研究對提高設(shè)備整體工作的可靠性和服役的穩(wěn)定性具有重要的實際應(yīng)用意義。

本文以某建筑設(shè)施所使用的附著式腳手架為研究對象，根據(jù)實際施工要求，研究腳手架在運行過程中發(fā)生失穩(wěn)、安全性問題的成因，針對此類產(chǎn)品的力學(xué)性能進行分析和實驗對比研究，目的在于揭示腳手架在不同工況下的真實受力狀態(tài)，為附著式腳手架安全可靠的運行技術(shù)支撐。

1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

附著式升降腳手架是一種新型的建筑施工工具，是我國施工人員發(fā)明的具有獨立知識產(chǎn)權(quán)的高層建筑施工工具。目前國外無此類產(chǎn)品的設(shè)計研發(fā)單位，未查到相關(guān)技術(shù)研究內(nèi)容。國內(nèi)對于此類產(chǎn)品的力學(xué)性能的研究也只限于鋼管扣件搭設(shè)的架體結(jié)構(gòu)，對于目前市場主流附著式升降腳手架的力學(xué)性能研究較少。在行業(yè)飛速發(fā)展的同時，亟須以試驗為基礎(chǔ)的力學(xué)分析方法作為指導(dǎo)，以便更好地對產(chǎn)品性能進行綜合評定。

2 力學(xué)性能分析

2.1 附著式升降腳手架工作原理

附著式升降腳手架作為一種新型的施工防護平臺，其平面結(jié)構(gòu)如圖1 所示，其在施工過程中整體安裝于建筑物的四周并安裝在附墻支座上，附墻支座通過預(yù)埋螺栓附著支撐在建筑物墻體上。主架體附著安裝于附墻支座上，并通過導(dǎo)軌依附在于提升裝置的外側(cè)。提升電動葫蘆安裝于提升支座上，提升支座通過地腳螺栓固定安裝于建筑物上，提升鋼絲繩一端連接于提升電動葫蘆掛鉤上，另一端通過吊環(huán)連接于吊點桁架上，腳手架每提升或下降一次的高度為一層樓高。

圖1 附著式升降腳手架結(jié)構(gòu)示意圖

2.2 附著式升降腳手架工作載荷

附著式升降腳手架在施工過程中，主架體承受所用的載荷，包括腳手架自重、施工人員及施工材料的載荷，同時在高層及超高層建筑的施工時，風(fēng)載荷不容忽視，其中施工載荷是建筑施工過程中所必須考慮的載荷，也是JG/T 546-2019《建筑施工用附著式升降作業(yè)安全防護平臺》中所嚴(yán)格規(guī)定的荷載。因此無論是在架體的設(shè)計階段，還是在高層施工過程中，導(dǎo)軌、立桿等的受力必須認(rèn)真考慮，保證腳手架安全可靠的運行。

附著式升降腳手架所受載荷分為恒荷載、活荷載和風(fēng)荷載，恒荷載是指架體自重產(chǎn)生的，活荷載是施工中施加的載荷，風(fēng)荷載是指在高空中所受風(fēng)力的載荷，本文不對風(fēng)荷載進行研究。

根據(jù)JG/T 546-2019《建筑施工用附著式升降作業(yè)安全防護平臺》，腳手架施工過程中的規(guī)范活荷載如表1 所示。

表1 荷載標(biāo)準(zhǔn)值

2.3 架體結(jié)構(gòu)應(yīng)力計算

經(jīng)調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，目前行業(yè)內(nèi)主流產(chǎn)品結(jié)構(gòu)特點如下：①豎向主框架采用8#槽鋼為導(dǎo)軌，內(nèi)立桿為80mm×40mm×3mm 的矩形管，外立桿為80mm×40mm×3mm 的矩形管，架內(nèi)外立桿采用Z 型撐連接，保證架體內(nèi)外剛度；②水平支承桁架采用片式桁架結(jié)構(gòu)連接，桁架采用60mm×30mm×3mm 的矩形管焊接而成；③附墻支座采用槽鋼形式，通過筋板連接；④架體構(gòu)架部分立桿采用80mm×40mm×3mm的矩形管，腳手板采用60mm×30mm×3mm 的矩形管焊接而成。其結(jié)構(gòu)如圖2 所示。

圖2 架體結(jié)構(gòu)示意圖

附著式升降腳手架在現(xiàn)場使用過程中主要有升降工況和使用工況兩種狀態(tài)。建筑物主體結(jié)構(gòu)完成一層，整個架體需要沿主體上升一次，上升至合理位置后，轉(zhuǎn)換為使用工況，工人在架體上做綁筋或支模作業(yè)，兩種工況的受力情況有所不同，在檢測其應(yīng)力時選取的點位也不同。

2.3.1 升降工況架體受力分析

架體在升降時，主要動力機構(gòu)為電動葫蘆，電動葫蘆拉動架體上升，其傳力情況如圖3 所示。

圖3 升降工況架體力的傳遞圖

通過以上力的傳遞結(jié)構(gòu)，升降工況下主要受力結(jié)構(gòu)為提升支座、下吊點、豎向主框架（下部靠近下吊點）、水平支承桁架等部位，根據(jù)以上受力情況，預(yù)選出架體測點如圖4。

圖4 架體升降工況結(jié)構(gòu)應(yīng)力測點示意圖

2.3.2 使用工況架體受力分析

架體在使用時，水平支承桁架將構(gòu)架立桿的力傳遞到主框架，再由導(dǎo)軌傳遞給支座，其傳力情況如圖5。

圖5 使用工況架體力傳遞圖

通過以上力的傳遞結(jié)構(gòu)，使用工況下主要受力結(jié)構(gòu)為腳手板、內(nèi)外立桿、水平支承桁架、豎向主框架（靠近支座處）、附墻支座等部位，根據(jù)以上受力情況，預(yù)選出架體測點如圖6。

圖6 使用工況架體結(jié)構(gòu)應(yīng)力測點示意圖

2.3.3 架體結(jié)構(gòu)應(yīng)力計算

根據(jù)架體受力情況，利用有限元分析，對架體自重和活荷載產(chǎn)生的應(yīng)力值情況進行了詳細(xì)計算，根據(jù)樣架結(jié)構(gòu)應(yīng)力計算書，選出對應(yīng)位置的自重應(yīng)力以及加載后應(yīng)力最大值，如表2。

表2 架體測點結(jié)構(gòu)應(yīng)力計算表

3 力學(xué)性能試驗

3.1 測試流程

附著式升降腳手架結(jié)構(gòu)應(yīng)力測試流程如圖7所示。

圖7 附著式升降腳手架結(jié)構(gòu)應(yīng)力測試流程圖

3.2 結(jié)構(gòu)應(yīng)力測試結(jié)果

試驗中，通過應(yīng)變測試系統(tǒng)采集測點位置應(yīng)變值，乘以鋼材的彈性模量即為測點位置的應(yīng)力值，試驗中采集到的12 個測點在不同工況下測試數(shù)據(jù)如表3。

表3 結(jié)構(gòu)應(yīng)力試驗數(shù)據(jù)表

4 結(jié)論

通過表2計算值和表3試驗值對比結(jié)論如下。

1）測試工況架體合應(yīng)力值與理論計算結(jié)構(gòu)基本吻合，上升和下降工況架體實測結(jié)構(gòu)應(yīng)力值偏差較大。

2）上升和下降工況實測結(jié)構(gòu)應(yīng)力值偏差較大，是因為活載對架體產(chǎn)生應(yīng)力值升降工況偏差較大，結(jié)構(gòu)應(yīng)力受架體摩擦力影響較大。

3）升降工況結(jié)構(gòu)應(yīng)力計算值和試驗值偏差較大，通過上升和下降應(yīng)力值的均值進行對比，可發(fā)現(xiàn)去除架體摩擦力影響后的結(jié)構(gòu)應(yīng)力與理論計算值差值明顯減小。

本文架體結(jié)構(gòu)理論分析值基本與試驗值吻合，分析結(jié)果正確、合理。